минералогия (1006435), страница 45
Текст из файла (страница 45)
Ниже данасхема расположения центроватомовРис. 79. Кристалл серы усеченнопирамидальногообликаРаздел I. Самородные элементы и интерметаллические соединения183симметрию более низкую, чем установленорентгеновским анализом для его структуры,относится к явлению гипоморфизма (от греч.гипо — низкий, морфэ — форма). Характерныегабитусные формы серы: {001}, {011}, {111},{113} и др. Двойники редки — с плоскостьюсрастания по (111), иногда по (011) и (110).Агрегаты.
Часто встречается в сплошных,иногда землистых массах. Изредка наблюдаются натечные почковидные формы и налеты (врайонах вулканических извержений).Цвет. У αсеры наблюдаются различныеоттенки желтого цвета: соломенножелтый, медовожелтый, желтоватосерый, бурый и чер Рис. 80. Ромботетраэдрический кристалл серыный (от углеродистых примесей). Черты почти не дает, порошок слабожелтоватый. Блеск на гранях алмазный,в изломе жирный. В кристаллах просвечивает.Твердость 1–2.
Хрупка. Спайность несовершенная по {001}, {110}и {111}. Уд. вес 2,05–2,08. Прочие свойства. Электропроводность и теплопроводность очень слабые (хороший изолятор). При трении заряжается отрицательным электричеством. Растрескивается от теплоты руки.Диагностические признаки.
Характерны цвет, низкая твердость, хрупкость, жирный блеск в изломе кристаллов и легкоплавкость.П. п. тр. и от спички легко плавится (при 112,8 °С) и загорается голубым пламенем с выделением характерного запаха SO2 (отличие от похожего на серу аурипигмента — As2S3). Легко растворима в сероуглероде,скипидаре, керосине, но не разлагается в НСl и H2SO4. Крепкая HNO3и царская водка окисляют серу, переводя ее в H2SO4.Таким образом, самородная сера как единственный среди рассматриваемых в этом разделе минерал, обладающий молекулярным строениемвещества, характеризуется совершенно особыми свойствами. Наличие вструктуре в качестве структурных единиц электрически нейтральныхмолекул S8 легко объясняет такие свойства, как плохая электропроводность, низкая теплопроводность, слабая связь между молекулами, чтовыражается в низких температурах плавления и возгонки, слабых механических свойствах, низкой твердости, в отсутствии ясно выраженнойспайности, в связи с чем находятся очень неровный излом и жирный блеск,а кольцевая форма структурных единиц (молекул S8), сильно отличающаяся от формы шара, обусловливает резкую оптическую анизотропиюкристаллического вещества, анизотропию теплового расширения и т.
д.Следует добавить, что такие свойства, как небольшой удельный веси невысокая температура плавления остроумно используются при добычесамородной серы из глубоко залегающих сероносных пластов: по трубам184Описательная частьв буровые скважины нагнетается перегретый водяной пар, и расплавленная сера, освободившись одновременно от посторонних механическихпримесей, с восходящей струей поднимается на поверхность, где улавливается самыми простыми способами.Происхождение и месторождения. Самородная сера встречается исключительно в самой верхней части земной коры и на ее поверхности.Образуется различными путями.1. При вулканических извержениях, осаждаясь в виде возгонов на стенках кратеров, в трещинах пород, иногда изливаясь в расплавленном видес горючими водами сольфатарных источников и застывая в логах и долинах в виде потоков в районах современной вулканической деятельности(Курильские острова, Япония).
Часто ассоциирует с другими продуктами возгона и сульфатами, образовавшимися при воздействии SO2 на окружающие породы. Возникает в результате неполного окисления сероводорода в сольфатарах или как продукт реакции его с сернистым газом:2H2S + 2O = 2H2O + 2S;H2S + SO2 = H2O + O + 2S.2. При разложении сернистых соединений металлов, главным образомпирита, в нижних частях зоны окисления рудных месторождений. Обычно бывает сильно загрязнена различными механическими примесями.3. При разложении гипсоносных осадочных толщ.
Часто наблюдаетсяпарагенезис самородной серы с гипсом, на разъеденных участках которого она образуется в виде кристаллических и порошковатых масс. Многоев этом процессе образования еще неясно.4. Осадочным (биохимическим) путем в нормальных осадочных породах, представленных обычно пластами, содержащими гипс, твердые ижидкие битумы (асфальт, нефть) и др. Этот тип месторождений широкораспространен на земном шаре и имеет большое промышленное значение.
При этом основная масса самородной серы образовалась, очевидно,сингенетически, т. е. одновременно с другими осадками. Однако нередконаблюдаются и эпигенетические образования серы во вмещающих породах, происшедшие, повидимому, при позднейшей миграции ее под влиянием тектонических процессов, переноса нефтями, растворами и т. п.Происхождение серы биохимическим путем связывают с жизнедеятельностью анаэробных бактерий, перерабатывающих сульфаты, в результате чего образуется сероводород, неполное окисление которого приводит к выпадению серы.В России и ближнем зарубежье залежи серы широко распространены. В районе Самары в Поволжье известны крупные осадочные месторождения, например Алексеевское и Водинское, где сера встречается в видекристаллов до 15 см с кальцитом, гипсом и целестином.
ЗаслуживаютРаздел I. Самородные элементы и интерметаллические соединения185упоминания ячеистые массы гипергенной самородной серы, сохраняющиеотпечатки кристаллов пирита, замещенных серой при выветривании взоне окисления Березовского месторождения (Средний Урал). На территории Средней Азии следует отметить: 1) месторождение Гаурдак (Туркменистан); 2) Шор'Су (Узбекистан) — в трещинах и пустотах различныхосадочных пород в парагенезисе с нефтью, озокеритом, гипсом, целестином, кальцитом, арагонитом и др. В числе зарубежных месторожденийбольшой известностью пользуются крупные месторождения Сицилии,очень мощные месторождения в штатах Техас и Луизиана (США), связанные с соляными куполами.
Представляет интерес огромная залежьсеры, образовавшаяся в кратерном озере в районе Хоробетсу (Япония),аналогичные скопления имеются и на Курильских островах.Практическое значение. Главное применение сера имеет в производстве серной кислоты, используемой во многих отраслях промышленности, затем в сельском хозяйстве (для борьбы с вредителями), в резиновомпроизводстве (процесс вулканизации резины), при изготовлении спичек,фейерверков, красок и пр.6. Группа углеродаОтносящиеся сюда минералы также занимают особое положение среди самородных элементов. Эта группа представлена двумя резко различными по физическим свойствам полиморфными модификациями углерода: алмазом и графитом.Кристаллическая структура алмаза (рис. 81) характеризуется решеткой гранецентрированного куба, но атомы углерода располагаются нетолько в вершинах и на гранях куба, но также в центрах половинногочисла малых кубов (октантов), чередующихся с пустыми малыми кубами.Более наглядно эта структура показана на рис.
81б в виде комбинациитетраэдров, в которых, кроме четырех атомов по вершинам, в центре располагается пятый атом (рис. 82в). Каждая вершина тетраэдра являетсяобщей для четырех смежных тетраэдров.абРис. 81. Кристаллическая структура алмаза.а — изображение центров атомов; б — та же структура в виде тетраэдров, вершиныи центры которых являются центрами атомов углерода186Описательная частьабвРис. 82.
Разные способы изображения тетраэдрического расположения атомов.Расстояния от центров атомов на всех трех фигурах одинаковыАтомы углерода в кристаллической структуре алмаза находятся в состоянии sp 3гибридизации валентных электронов, они соединены другс другом исключительно ковалентными жесткими связями по направлениям, соединяющим центр тетраэдра с его вершинами. Связывающие электронные пары находятся в серединах отрезков, соединяющих центры ближайших атомов углерода и прочно локализованы, энергетический зазормежду состоянием этих электронов и уровнем электронов проводимостисоставляет очень большую величину — 3,6 ЭВ.
Поэтому алмаз является типичным диэлектриком, что обусловливает ряд таких специфических свойств,как бесцветность и прозрачность, низкая электропроводность, необычайновысокая твердость, весьма высокая устойчивость при широких колебанияхтемпературы и давления (в частности, при нагреве до температуры 2500 °С вотсутствие кислорода не обнаруживает никаких изменений), очень высокаяустойчивость по отношению к кислотам и щелочам и др.Структура графита весьма существенно отличается от структуры алмаза.Ионы углерода в графите лежат слоями,представленными плоскими гексагональными сетками (рис. 83). Каждый ион вплоской сетке окружен тремя соседнимиионами на расстоянии 1,42 A° (в алмазе°), расстояние же между плоскими1,54 A° (больше чем в два раза).сетками — 3,40 AСостояние атомов углерода в графите таРис.
83. Расположение центроватомов в слоях структуры графита.ково (sp2гибридизация), что каждый изКаждый следующий слой как быних способен образовать лишь три ковасдвинут на расстояние в половинулентные σсвязи. Третий электрон каждодиаметра шестерных колецго атома участвует в рсвязи, электронные облака которой в виде сообщающихся каналов сосредоточены по обестороны от слоя, содержащего центры атомов углерода.
Электроны в этихканалах делокализованы и могут передвигаться вдоль плоскости слоя,обеспечивая проводимость металлического типа.Раздел I. Самородные элементы и интерметаллические соединения187Отсюда становится понятным ряд свойств графита: его значительноменьший удельный вес по сравнению с алмазом, чрезвычайно легкая расщепляемость на тонкие чешуйки и резко выраженная оптическая анизотропия. Налицо также анизотропия твердости, которую удается установить при очень точных тонких исследованиях (перпендикулярноплоскости спайности 5,5 по Моосу, но в то же время благодаря оченьслабому сцеплению слоев графит настолько мягок, что мажет бумагу ипальцы).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
